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Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

AVANCES RECIENTES EN LAS METODOLOGÍAS PARA LA EVALUACIÓN ESTRUCTURAL DE EDIFICACIONES TÍPICAS

Andrés Gama García1, Hugón Juárez García2 y Roberto Arroyo Matus1

RESUMEN La fuerte sismicidad que existe en el territorio nacional ha sido la causa principal de grandes pérdidas humanas y materiales. En este trabajo se describe el estado del arte de la evaluación estructural desde una perspectiva local, nacional e internacional. En este trabajo, además, se elaboró una metodología para la evaluación estructural -rápida o detallada-. Se incluye una clasificación de las estructuras típicas más usadas en México, con el propósito de describir su probable modo de falla, de acuerdo a la experiencia derivada de los daños producidos por los sismos del pasado reciente. También se propone el uso de un formato único para levantamiento de los daños estructurales post-sísmicos, eficiente para la evaluación estructural en sus diferentes niveles.

ABSTRACT The strong seismicity that exists in the national territory has been the main cause of great human and material loss. In this paper describes the state of art structural evaluation from a local perspective, national and international. In this work, furthermore, we developed a methodology for structural evaluation -rapid or detailed-. It includes a ranking of the typical structures more used in Mexico, with the purpose of describing its probable failure mode, in accordance to the lessons learned from for damages resulting by earthquakes in the recent past. It also proposes using a format unique for the lifting post-earthquake structural damage, efficient for structural evaluation in its different levels.

INTRODUCCIÓN Los sismos intensos más recientes en México han causado grandes pérdidas humanas y materiales. En la Ingeniería Estructural, los sismos representan un experimento natural, que pone a prueba el comportamiento sismo-resistente de las construcciones. Los diferentes daños estructurales observados por sismo, deben de servir como una lección de lo inadecuado de la Ingeniería Estructural. Los errores deben ser estudiados en futuras investigaciones con el objetivo de mejorar los procesos del diseño, construcción, operación y mantenimiento de las nuevas construcciones. Un propósito fundamental debe ser, mejorar los Reglamentos de Construcciones, para prevenir y mitigar en lo posible los efectos de los sismos en las construcciones. El correcto comportamiento sismo-resistente de las construcciones, también debe ser motivo de ejemplo y éxito de la Ingeniería Mexicana. Se deben asimilar las experiencias para ampliar la comprensión del comportamiento de los diferentes elementos estructurales que conforman los sistemas estructurales de las construcciones. Los elementos no estructurales y los contenidos también deben ser objeto de estudio por parte de los Ingenieros y Arquitectos. Estos aspectos juegan un papel importante en los evaluadores de daños por sismo en las construcciones. Sin

1 Profesor, Unidad Académica de Ingeniería, Universidad Autónoma de Guerrero, Av. Lázaro Cárdenas s/n,

Col. La Haciendita, C.P. 39087, Chilpancingo, Guerrero, México; ggaco@prodigy.net.mx 2 Profesor, Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco, Av. San Pablo no. 180, Col. Reynosa,

Delegación Azcapotzalco, C.P. 02200, México, D.F.; hjg@correo.azc.uam.mx

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duda la observación de daños en las construcciones, deben servir como experiencia en trabajos de mantenimiento, rehabilitación, reparación y refuerzo. Los evaluadores deben tener los conocimientos mínimos de la Seguridad Estructural de las Construcciones y la capacitación suficiente para realizar el trabajo y tomar las decisiones adecuadas. Por tanto, para lograr este objetivo es indispensable contar con una metodología pertinente, sencilla, eficaz, y económica, para la evaluación rápida y detallada post-sísmica de las construcciones. Es entonces imprescindible, que los Ingenieros Civiles y Arquitectos cuenten con un manual estandarizado de evaluación estructural post-sísmico, que incorpore los avances recientes en la materia. Esto conlleva a la necesidad de elaborar una metodología integral para la evaluación estructural, ya sea de manera rápida o detallada. Debe existir la cooperación de los Colegios de profesionales en la materia con los tres niveles de gobierno para coadyuvar en la seguridad de la población en caso de desastre sísmico. Es importante señalar que las instituciones de Nivel Superior, que cuenten con Programas Educativos en Ingeniería y Arquitectura, además de aportar la investigación necesaria y suficiente en la materia deben apoyar con estudiantes y académicos en las labores de evaluación post-sísmica. Es importante señalar que el objetivo principal es aportar una metodología de evaluación post-sísmica de la seguridad estructural de edificaciones de alcance nacional, es decir, estandarizar los criterios de evaluación, y que además incorpore los avances recientes en la materia. La evaluación de daños post-sísmica debe ser el registro cuantitativo y cualitativo de los daños ocasionados por el desastre, con la finalidad de contar con la información necesaria para que las autoridades correspondientes determinen las necesidades y así tomen las decisiones más oportunas y adecuadas. Por tanto, debe ser objetiva, es decir, registrar los daños reales ocurridos, debe ser de carácter oficial y además dinámica, al proyectar los posibles daños secundarios y las probables necesidades que estos generen a fin de anticiparse a sus efectos, con el propósito de tomar decisiones eficaces. Es importante, señalar que la evaluación de daños, debe incluir las líneas vitales de la zona de desastre, como son el sistema de agua potable y alcantarillado, el sistema energético y de comunicaciones, principalmente. No se debe perder de vista que la misión del inspector o evaluador es mantener fuera de peligro a los ocupantes de los edificios dañados por un sismo de gran magnitud. Para las actividades de evaluación post-sísmica se debe establecer un sistema de evaluación práctico. El sector público tiene que entender la situación de los edificios dañados dentro de su jurisdicción, para decidir cómo realizar las actividades de evaluación rápida. Es importante que este sistema se defina en los planes regionales de prevención de desastres y el número de edificios dañados se debe calcular por adelantado a través de simulaciones. Establecimiento de un sistema de apoyo entre los tres niveles de gobierno. La cooperación entre el municipio afectado por el desastre y los gobiernos del estado y federal es muy importante para la aplicación de la evaluación rápida post-sísmica. Cuando ocurre un gran sismo, afecta un gran número de municipios, los cuales pueden solicitar la evaluación del riesgo. Los gobiernos de los estados dañados tendrán que establecer sistemas de cooperación con otros gobiernos estatales que no sufrieron daños. Un sistema de apoyo debe ser planeado y preparado con anticipación con el propósito de realizar un trabajo efectivo y a la vez cubrir áreas más amplias de desastre. Formación y mejora de la calidad de los evaluadores. El sector público debe preparar y capacitar a los evaluadores y hacer un esfuerzo para mejorar sus técnicas de evaluación y hacer conciencia de la prevención de desastres. También es esencial organizar a los coordinadores de los equipos de evaluación para que supervisen las actividades de evaluación. Las relaciones públicas son fundamentales. Es importante que los ocupantes (Población) conozcan lo suficiente sobre los efectos del sistema de evaluación rápida como una medida para asegurar su eficacia. También, para prevenir problemas no esperados con la ocupación de los edificios en duda o inseguros. Explicar que este sistema de evaluación rápida, no es una evaluación detallada, no implica un proyecto de reparación o refuerzo, ni de aplicación continua. Desde la prevención de desastres secundarios a la reconstrucción y restauración. Después de la evaluación rápida, es necesario revisar el grado de daño en detalle para comprobar la necesidad de reparación

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Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructuralo refuerzo de los edificios. El trabajo de evaluación rápida debe ser efectuado considerando la consulta a los ocupantes acerca de lo que realizaran más adelante en relación a los edificios dañados.

ACTIVIDAD SÍSMICA EN MÉXICO Internacionalmente es conocida la actividad sísmica en gran parte del territorio Mexicano, causada por la interacción de las placas tectónicas de Norteamérica, del Pacífico, del Caribe, de Cocos, y de Rivera (las dos últimas se encuentran bajo el océano Pacífico). Se ha observado que los sismos más grandes en México ocurren en la zona de subducción, comprendida desde el estado de Jalisco (Puerto Vallarta) hasta el estado de Chiapas (Tapachula), producto del roce entre la placa Norteamericana y las placas oceánicas de Cocos y Rivera. En la tabla 1, se describen brevemente las intensidades y daños de los sismos recientes más destructivos en México.

Tabla1 Breve descripción de los sismos recientes más destructivos en México

Sismo Fuente Sísmica Valores de MMI Daño observado Muertes 28 de Julio de 1957 (M 7.8)

Acapulco-San Marcos

Acapulco V Chilpancingo VIII Ciudad de México VII

Menor Severo Moderado

- 8 160

14 de Marzo de 1979 (M 7.4)

Petatlán Acapulco VI Chilpancingo VI Ciudad de México VI-VII

Menor Menor Moderado

- - 5

19 y 21 de Septiembre de 1985 (Mw=8.1)

Michoacán Acapulco VI Chilpancingo VII-VIII Ciudad de México VIII-IX

Moderado Severo Fuerte

- - > 10000

14 de Septiembre de 1995 (Mw=7.4)

Ometepec Ometepec VIII Acapulco V Chilpancingo VI Ciudad de México IV

Severo Menor Menor Menor

4 - - -

9 de Octubre de 1995 (Mw=8.0)

Colima Barra de Navidad IX Manzanillo VIII Ciudad de México V

Fuerte Severo Menor

10 49 -

15 de Junio de 1999 (Mw=7.0)

Profundo (Bajo Tehuacán)

Tehuacán VIII Ciudad de Puebla VIII Ciudad de México VI

Severo Severo Menor

- 10 2

20 de Marzo de 2012 (Mw=7.4)

Ometepec Ometepec VII-VIII Acapulco V Chilpancingo VI Ciudad de México VI

Severo Menor Menor Menor

- - - -

ESTADO DEL ARTE DE LA EVALUACIÓN ESTRUCTURAL Con el propósito de conocer el origen mundial de la evaluación rápida post-sísmica, se elaboró una reseña histórica. A continuación se describe el estado del arte de la evaluación post-sísmica de la seguridad estructural de las edificaciones, a nivel nacional e internacional. HISTORIA DE LA INSPECCIÓN (EVALUACIÓN) RÁPIDA DE LOS EDIFICIOS DAÑADOS POR SISMO En el terremoto del 23 de noviembre de 1980 en el Sur de Italia, los trabajos de inspección rápida se llevaron a cabo de manera sistemática y con mucho éxito. En 1981, el Ministerio (Secretaría) de la Construcción de Japón (en la actualidad, el Ministerio de la Tierra, Infraestructura y Transporte) inició el proyecto de tecnología integral denominado "proyecto de tecnología avanzada para la reparación de edificios dañados por sismo". El proyecto desarrolló una serie de métodos, desde la evaluación de riesgos de los edificios dañados por sismo hasta la tecnología para reparar edificios de madera, acero y concreto reforzado. En el sismo de 1985 en México, Japón utilizó el método de inspección rápida para edificios dañados de concreto reforzado y aseguró su pertinencia y la capacidad de uso de la metodología.

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En México se modificaron las propuestas de evaluación rápida de Japón, y se adaptaron para el caso mexicano. La Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Azcapotzalco (UAM-A), propuso una metodología de evaluación rápida, para revisar edificios dañados después del sismo de 1985. Esta metodología sirvió para determinar zonas de alta sismicidad dentro de la Ciudad de México. En 1989, en EUA, conscientes de la importancia de la inspección rápida, compilaron un manual de la evaluación post-sísmica de la seguridad de los edificios, " ATC-20"; este manual se utilizó con éxito en el terremoto de Loma Prieta y de Northridge. En Japón, la Asociación de Prevención de Desastres de Japón publicó, "El estándar de la evaluación de daños y la guía de tecnología de reparación de los edificios afectados por los sismos", para difundir el resultado. Después se estableció un estándar tecnológico, en 1991 el gobierno de la prefectura de Shizuoka estableció un sistema de inspección rápida de los edificios dañados, seguido por el gobierno de la prefectura de Kanagawa en 1992. Cuando el Gran Sismo de Hanshin-Awaji ocurrió en 1995, la inspección rápida de los edificios dañados se implementó por primera vez en Japón. Hasta ahora este sistema ha demostrado excelentes resultados en muchos sismos que han ocurrido por todo Japón. En la tabla 2, se describe brevemente la historia internacional de la evaluación rápida de edificios dañados por sismo.

Tabla 2 Breve historia de la evaluación post-sísmica en el Mundo 1980 Sismo del Sur de Argelia

Sismo de Italia

1981 - El Ministerio de Construcción de Japón inició el proyecto de tecnología integral, "El proyecto de tecnología avanzada para la reparación de edificios dañados por sismo", para cinco años.

1985 Sismo de México El Ministerio de la Construcción de Japón aplicó el proyecto método de inspección rápida para edificios dañados, y aseguró su pertinencia. La UAM-A, en México, propone una metodología de evaluación.

1986 - El Ministerio de la Construcción de Japón compiló "el manual de la tecnología de reparación de edificios dañados "como el fruto del proyecto.

1989 Sismo de Loma Prieta, U.S.A. EUA compiló un manual de evaluación de la seguridad postsísmica de los edificios, "ATC-20".

1991 - "Estandarización de la evaluación de daños y la guía de la tecnología de reparación de edificios afectados por un sismo", fue publicado en EUA. * Cada gobierno local promovió la creación del sistema de inspección rápida.

1994 Sismo de Northridge, EUA 1995 Gran sismo de Hanshin-Awaji

(Sismo al Sur de la prefectura de Hyogo)

El Ministerio de Construcción de Japón, los gobiernos locales y organizaciones privadas de construcción cooperaron para implementar la inspección rápida de los edificios dañados por primera vez en Japón. Número de edificios inspeccionados (Evaluados): 46610 * Cada gobierno de la prefectura estableció y aprobó rápidamente el sistema de inspección rápida y el sistema de apoyo.

Sismo al Norte de la prefectura de Niigata

Número de edificios inspeccionados (Evaluados): 342

1996 Sismo al Norte de la prefectura de Miyagi

Fue fundado en Japón el Consejo para la Inspección Rápida de los edificios dañados para crear el sistema de apoyo y para estandarizar el método de inspección. Número de edificios inspeccionados (Evaluados): 169

1997 Sismo de Satsuma en Kagoshima

Número de edificios inspeccionados (Evaluados): 2048

1999 Sismo de Akita Offing Número de edificios inspeccionados (Evaluados): 9 2000 Sismo al Oeste de la

prefectura Tottori Número de edificios inspeccionados (Evaluados): aproximadamente 4000

2001 Sismo de Geiyo Número de edificios inspeccionados (Evaluados): aproximadamente 1700 INSPECCIÓN (EVALUACIÓN) RÁPIDA POST-SÍSMICA DE EDIFICIOS DAÑADOS No se debe perder de vista que la inspección rápida post-sísmica tiene como propósito mantener fuera de peligro a los usuarios (pobladores) de los edificios dañados por un sismo de gran magnitud. Japón tiene muchas experiencias de daños causados por los sismos en edificios y se ha logrado recuperar de este tipo de desastres. Los edificios golpeados por los sismos pueden causar más daños e incluso la muerte de sus habitantes si no se controlan o estabilizan. Por lo tanto, después de grandes sismos, actividades tales como trabajo de rescate, primeros auxilios y extinción de incendios son necesarios, pero también es importante una

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Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructuralrápida inspección (evaluación) de la zona dañada. A continuación se presenta un resumen del sistema de inspección rápida de edificios dañados usada en Japón. ¿Qué es la inspección (evaluación) rápida post-sísmica de los edificios dañados? El objetivo de la inspección rápida post-sísmica de edificios dañados es evitar desastres secundarios por carencia de inspección de los edificios afectados por sismos de gran magnitud. Por falta, de evaluación de los riesgos de colapso de un edificio, así como la caída de las paredes exteriores y de vidrios de ventanas, del volteo del equipo del edificio y así sucesivamente, que pueden ser causados por réplicas. La post-evaluación consiste en publicar carteles en los edificios dañados, no sólo informar a los ocupantes, sino también a los transeúntes de los riesgos. Se dice que este sistema de publicación del cartel minimiza la angustia de los ocupantes, porque los ingenieros y arquitectos en realidad inspeccionaron el edificio. Cartel verde significa que se puede seguir usando el edificio, cartel amarillo significa de entrada limitada y cartel rojo que el edificio es inseguro. ¿Quién es el responsable del manejo de la seguridad de los edificios dañados? En general, los propietarios y administradores son los responsables de mantener los edificios seguros. En el momento de desastre a un edificio por sismo, también los propietarios y administradores, son los responsables de mantener sus edificios tan seguros como sea posible. Pero en realidad, puede ser imposible mantener sus edificios seguros por ellos mismos, cuando un desastre mayor ocurre en un edificio. Edificios dañados a lo largo de la calle, avenida o carretera o muy cerca a otros edificios, en ocasiones lesionan no sólo a sus ocupantes, sino también a los transeúntes. Sobre la base de dichos factores, es importante que el sector público evalúe el riesgo de edificios dañados de inmediato como parte de las medidas de emergencia post-desastre, con el fin de mantener a los residentes a salvo. ¿Quién evalúa el riesgo de los edificios dañados? Esencialmente, los funcionarios públicos deben asumir el papel de la evaluación del riesgo de los edificios dañados. Para los casos de sismos de gran magnitud, como el del "Gran Terremoto de Hanshin-Awaji", fue imposible esperar que solamente los servidores públicos administraran todo. La zona del desastre puede ser enorme y por tanto el número de edificios dañados también podría ser enorme. En este caso, fue necesario que los arquitectos y los ingenieros de la construcción voluntarios del sector privado evaluaran el riesgo. El sector público debe organizar seminarios para capacitar a los inspectores (evaluadores) y los debe registrar como voluntarios preparados para este tipo de casos. ¿Cuál es el número de inspectores (evaluadores) de riesgo en Japón?. En Japón hay aproximadamente 95100 inspectores de riesgo registrados en Japón. Esto es equivalente al 0.08% de la población total de Japón. Presentación y rol de la inspección (evaluación) rápida de los edificios dañados. La inspección rápida post-sísmica de los edificios dañados es un sistema para prevenir desastres secundarios relacionados con edificios afectados por los sismos, con la cooperación voluntaria de jueces del sector privado. Este sistema es para evaluar los costos económicos y daños estructurales y evitar el posible uso de los edificios dañados en el futuro. Aquí se debe tomar en cuenta el significado de "rápido". Hay dos significados, "emergencia" y "provisionalmente". Muchos de los edificios dañados deben ser evaluados en un tiempo muy corto después de un sismo. Los resultados obtenidos de una evaluación detallada a veces difieren de los obtenidos de manera rápida, debido a los puntos de inspección limitados de esta última. Así que siempre se debe informar a los ocupantes de esta posibilidad. Este sistema que establece una inspección rápida en caso de desastre, juega un papel muy importante en asegurar la inmediata seguridad de los ocupantes después de ocurrido el sismo. Es importante señalar que se deben difundir folletos del procedimiento de inspección (evaluación) entre la población. Procedimiento para la inspección (evaluación) rápida de los edificios dañados. Los inspectores (evaluadores) pueden inspeccionar todo tipo de edificios dañados, tales como estructuras de madera,

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mampostería, de acero, de concreto reforzado, de acuerdo con la lista de los procedimientos de inspección. En un principio se inspecciona la apariencia exterior de los edificios dañados, y si es necesario y con el consentimiento del propietario, también el interior. También se inspeccionan los edificios desde dos puntos de vista: el riesgo de colapso de un edificio debido a las réplicas (inspección de los daños en columnas y cualquier inclinación del edificio) y el riesgo de caída y volteo de piezas de construcción (control de las tejas, vidrios de ventanas y paredes exteriores). Entonces se da el resultado de la evaluación de todo el edificio, especificando la evaluación de su parte más peligrosa. Entonces los inspectores pegan letreros en los edificios dañados, que indican "No seguro (rojo)", "Entrada limitada (amarillo)" e "Inspeccionado (verde)". De esta manera los carteles, proporcionan información a los ocupantes y transeúntes sobre el riesgo de los edificios dañados. Inspectors Evaluación visual del riesgo. Ante todo, los inspectores deben asegurar su propia seguridad cuando inspeccionan cada edificio dañado. No deben acercarse demasiado a los edificios peligrosos, obviamente, aunque deseen inspeccionarlos. En estos casos se debe realizar una evaluación visual rápida e indicar "No segura (rojo)" sin inspección detallada. Evaluación del riesgo de los edificios colindantes y condiciones locales del terreno. Incluso un edificio puede aparecer de inmediato no peligroso, pero si su entorno y/o el sitio donde se encuentra el edificio se considera peligroso, el edificio deberá ser clasificado como peligroso. Así, los inspectores revisan no sólo los edificios dañados, sino también la posibilidad de colapso de edificios vecinos debido a laderas y acantilados inestables. Los Japoneses clasifican el riesgo de colapso o inestabilidad de los edificios por condiciones del terreno como A, B y C, por supuesto que los edificios más riesgosos son los clasificados como C. Enfoque de la evaluación del riesgo en edificios. El enfoque con que revisan los inspectores los edificios para observar si serán capaces de resistir réplicas o no, de acuerdo con el principal punto de vista en función de cada tipo de estructura. Estructuras de madera. En cuanto a las estructuras de madera debe ser revisado el asentamiento diferencial, daños a la cimentación, la inclinación de la primera planta, daños estructurales de los muros exteriores, y la corrosión o cualquier daño de las termitas a las vigas de cimentación y columnas. Nuevamente la clasificación del daño puede ser A, B y C. Estructuras de acero. En las estructuras de acero se requiere que los inspectores encargados revisen los asentamientos diferenciales, inclinación del edificio, el pandeo de miembros, fractura de contravientos y de las juntas viga-columna, y daños y óxido de bases de columnas. Si el ángulo de inclinación de cada piso es diferente o si es visible en las columnas de la estructura de acero, los inspectores (evaluadores) deberán evaluar el riesgo de la estructura externa dañada. Estructuras de concreto reforzado. En las estructuras de concreto reforzado requiere que los inspectores revisen las columnas con el grado de daño tres y/o peor, y también el porcentaje de columnas que hayan sufrido daño en grado cuatro/cinco del número total de columnas en los pisos más severamente dañados. El nivel de daño en miembros de concreto reforzado va de grado 1a 5. Evaluación del riesgo de las partes no estructurales. Los inspectores están obligados a revisar el riesgo de caída y volteo de tejas, vidrios de ventanas, materiales de revestimiento, escaleras al aire libre, letreros exteriores, instalaciones de aire acondicionado, paredes de bloques de concreto y las máquinas expendedoras, debido a que estas partes no estructurales y las instalaciones tienen un gran potencial de daño a los residentes y peatones. La clasificación del riesgo de daño es A, B y C, por supuesto el de mayor riesgo es el C. Resultado final de la evaluación. Los inspectores decidirán el resultado final de la evaluación de los riesgos más peligrosos. También tienen que escribir los detalles específicos en la columna de comentarios de los carteles para informar a los habitantes.

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Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralMETODOLOGÍAS PARA LA EVALUACIÓN POST-SÍSMICA DE LAS EDIFICACIONES USADAS EN MÉXICO La metodología que se describe a continuación fue adaptada de métodos Japoneses por la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Azcapotzalco (UAM-A), como una alternativa para evaluar los daños causados por los sismos de septiembre de 1985 en la Ciudad de México. Evaluación Nivel No. 1. Este nivel de evaluación se basa en la inspección visual de la edificación, que permite clasificar su grado de seguridad con base en la observación de su estructuración, del comportamiento de su cimentación, de su ubicación y del deterioro que presente. La determinación de la información se debe realizar con ayuda del formato correspondiente al NIVEL No. 1, y únicamente se requiere tener libre acceso a la edificación. Con los datos obtenidos de la inspección, se estiman algunas características básicas como el periodo de la estructura, las que de acuerdo con los criterios descritos en la Evaluación del Nivel No. 1, permiten clasificar la construcción de acuerdo con el grado estimado de seguridad. Con esta clasificación es posible definir si el grado de seguridad es adecuado, si es necesario proceder a una evaluación con el Nivel No. 2, o si en definitiva hace falta un análisis detallado (Nivel No. 3), que puede finalmente conducir a un proyecto de reparación ó refuerzo. Evaluación Nivel No. 2. Este nivel de evaluación se basa en el procedimiento desarrollado en la UAM-A para la evaluación simplificada de la capacidad sísmica de edificios de mampostería y de concreto de mediana altura (Iglesias, J., et al., 1986). La información complementaria que se necesita, requiere de una inspección más detallada que la correspondiente al nivel anterior, que ponga más énfasis en la detección de posibles daños ocultos ó de reparaciones previas, pero sobre todo, que incluya las dimensiones de los claros, las alturas de los entrepisos y las secciones de todos los elementos de sustentación (columnas y muros) en cada planta. Para recabar esta información se deberá utilizar el formato correspondiente al Nivel No. 2. La clasificación de la estructura correspondiente a este nivel de evaluación permite definir si el grado de seguridad es adecuado ó si es necesario proceder a una evaluación detallada que aclare la posible necesidad de un proyecto de reparación ó refuerzo. Es importante señalar que, la validez del “Método de Evaluación Simplificado” es para estructuras de hasta 10 niveles, aunque puede seguir siendo un indicativo del estado del edificio, pierde la precisión necesaria para utilizarse como único elemento de juicio, por tanto, será necesario apoyarse en mediciones in-situ del periodo de la estructura, con el propósito de estimar su flexibilidad. Evaluación Nivel No. 3 (Detallada). Los dos primeros niveles de evaluación están orientados a efectuar la revisión masiva de las edificaciones mediante procedimientos de evaluación simplificados, pero rápidos y económicos, que permitan distinguir aquellos casos, en que sea necesario proceder a una evaluación detallada. Por evaluación detallada se entiende aquella que determina la capacidad sísmica de la estructura, siguiendo los procedimientos de análisis y revisión que marca el Reglamento de Construcciones en vigor de la zona a evaluar y sus respectivas Normas Técnicas Complementarias. El resultado de esta evaluación puede conducir finalmente con la necesidad de efectuar la reparación ó refuerzo de la estructura. La metodología propuesta por la UAM-A, se puede resumir en el diagrama de trabajo de la figura 1, donde se presentan las alternativas que generan los diferentes niveles de evaluación. Otra metodología que se describe a continuación, es la propuesta en el Manual de Evaluación Postsísmica de la Seguridad Estructural de Edificaciones publicado por la Secretaría de Obras y Servicios del Gobierno del Distrito Federal en colaboración con la Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica, A. C., en México D. F., diciembre de 1998. La metodología se basa principalmente en las ATC 20 (ATC 1989a y 1989b), ATC 21 (ATC 1988), Japón (Ohkubo, 1990) y “University Kiril and Metodij” (1984). El procedimiento de evaluación propuesto en este Manual se aplica por medio de dos niveles de evaluación. Primer nivel de evaluación (evaluación rápida). Con esta evaluación se distinguen rápidamente las edificaciones con seguridad aceptable de las obviamente inseguras o aquellas en las que se tienen dudas con respecto a su seguridad. Para este nivel de evaluación se sugiere que la revisión dure no más de 1 hora por edificio.

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Figura 1 Metodología para la evaluación post-sísmica de las edificaciones Segundo nivel de evaluación (evaluación detallada). En este nivel de evaluación se debe realizar una revisión visual más detallada que en el caso de la evaluación rápida. Se debe realizar en las estructuras que se consideran inseguras o con dudas con respecto a su seguridad de acuerdo a la evaluación rápida. Para la evaluación detallada se recomienda que la revisión dure entre 2 a 8 horas por edificación. Después de la evaluación detallada, se recomienda que cualquier evaluación adicional deba ser realizada por especialistas en estructuras contratados por el propietario. Este tipo de evaluación se identifica como evaluación de oficina de Ingeniería. También se recomienda que todas las edificaciones esenciales, es decir, aquellas edificaciones clasificadas como del Grupo A de acuerdo al Reglamento de Construcciones vigente en la zona de desastre, deben ser sometidas a evaluación detallada por parte de Ingenieros estructurales, inmediatamente después de ocurrido el sismo. La metodología propuesta por la Secretaría de Obras y Servicios del Gobierno del Distrito Federal y la Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica A.C., se puede resumir en el diagrama de trabajo de la figura 2, donde se presentan las alternativas que generan los diferentes niveles de evaluación.

MEDICIÓN DEL PERIODO

DATOS NIVEL No. 1

EVALUACIÓN NIVEL No. 1

GRADO DE SEGURIDAD ADECUADO

DATOS NIVEL No. 2

EVALUACIÓN NIVEL No. 2

EVALUACIÓN NIVEL No. 3

GRADO DE SEGURIDAD ADECUADO

GRADO DE SEGURIDAD ADECUADO

REPARACIÓN O REFUERZO

O DEMOLICIÓN

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Figura 2 Procedimiento de evaluación postsísmica de edificaciones

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES TÍPICOS DE MÉXICO Es importante conocer los materiales con los que están construidos los sistemas estructurales. Así, es necesario conocer y clasificar los sistemas más usados en México. Un sistema estructural adecuado es aquel que tiene un correcto desempeño ante las acciones a la que estará sujeto. Se ha observado que los elementos estructurales tienen una falla típica en función del tipo de carga aplicada. Por tanto, cada sistema estructural también tiene un modo de falla típico que dependerá del tipo de acción al que esté sujeto. CLASIFICACIÓN DE MATERIALES Y SISTEMAS ESTRUCTURALES Con el propósito de conocer los materiales y sistemas estructurales más usados en México, en la tabla 3, se presenta una breve descripción. Así, se observa que es posible realizar una combinación entre material-sistema estructural-cimentación-sistema de piso. Cada uno de estos sistemas tiene un comportamiento y modo de falla diferente. Esto se traduce a que cualquier evaluación post-sísmica de las edificaciones debería ser realizada por profesionistas afines al área de la Ingeniería Estructural.

Marcar HABITABLE

Identificar estructura por evaluar

Seguridad aceptable Dudosa Obviamente insegura

Marcar HABITABLE

Marcar SEGURIDAD EN DUDA

Marcar INSEGURA

Evaluación detallada

Insegura, debe ser reparada o demolida

Dudosa

Seguridad aceptable

Marcar INSEGURA

Marcar SEGURIDAD EN DUDA

Evaluación de Oficina de Ingeniería

Evaluación rápida

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Tabla 3 Clasificación típica de materiales y sistemas estructurales usados en México

Material de la estructura Sistema Estructural Cimentación Sistema de piso Bajareque Muros de carga Sin cimentación Vigas de madera Madera

Muros de carga Marcos de madera

Zapatas aisladas Zapatas corridas Losa de cimentación

Vigas de madera

Mampostería: De adobe De tabique rojo recocido De piezas huecas De bloques de concreto

Muros de carga: Sin confinar Confinada con castillos y dalas Reforzada interiormente Reforzada interiormente y confinada con castillos y dalas

Sin cimentación Zapatas corridas Losa de cimentación Pilotes

Vigas de madera Vigueta y Bovedilla Losa maciza Losa plana reticular Losa prefabricada de concreto

Concreto reforzado: Colado en el lugar Prefabricado Presforzado/Postensado

Muros de concreto Marcos de concreto Marcos de concreto con contravientos excéntricos o concéntricos Marcos con muros de concreto Marcos con muros diafragma

Zapatas aisladas Zapatas corridas Losa de cimentación Cajón de cimentación Pilotes

Losa maciza Losa prefabricada de concreto Losa plana reticular Losa plana Losacero

Acero estructural

Marcos de acero Marcos de acero con contravientos excéntricos o concéntricos Marcos de acero con muros diafragma

Zapatas aisladas Zapatas corridas Losa de cimentación Cajón de cimentación Pilotes

Losa maciza Losacero Armadura con cubierta ligera

Mixto: Acero y concreto reforzado

Marcos de acero y concreto Marcos de acero y concreto con contravientos excéntricos o concéntricos Marcos de acero y concreto con muros diafragma

Zapatas aisladas Zapatas corridas Losa de cimentación Cajón de cimentación Pilotes

Losa maciza Losacero Armadura con cubierta ligera

MODOS DE FALLA DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES Los probables daños que pueden sufrir las estructuras debido al efecto de los sismos, se pueden agrupar de la siguiente manera: a) Daños Estructurales b) Daños No Estructurales c) Daños Geotécnicos a) Los componentes estructurales son los elementos básicos que están diseñados y construidos para soportar y transferir todas las cargas hacia el suelo sobre el cual se desplanta la estructura. Los Daños Estructurales son aquellos que afectan al sistema estructural, restándole la capacidad de resistencia. La evaluación de los daños se puede realizar de manera práctica partiendo de la identificación de los materiales de construcción utilizados en la estructura y de los diferentes tipos de fallas que se han observado por la aplicación de las diferentes acciones a las que se ven sometidas las estructuras. En la tabla 4 se presentan los diferentes tipos de daño y las causas probables en los diferentes elementos estructurales.

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Tabla 4 Daños estructurales más frecuentes

Elemento estructural Tipo de daño Causas

Columnas Grietas diagonales Grietas verticales Desprendimiento del recubrimiento Aplastamiento del concreto y pandeo de barras

Cortante o torsión Flexocompresión Flexocompresión Flexocompresión

Vigas Grietas diagonales Rotura de estribos Grietas verticales Rotura del refuerzo Aplastamiento del concreto

Cortante o torsión Cortante o torsión Flexión Flexión Flexión

Unión viga-columna Grietas diagonales Falla por adherencia del refuerzo de vigas

Cortante Flexión

Sistema de piso Grieta alrededor de columnas en losas o placas planas Grietas longitudinales

Penetración Flexión

Muros de concreto Grietas diagonales Grietas horizontales Aplastamiento del concreto y pandeo de barras

Cortante Flexocompresión Flexocompresión

Muros de mampostería Grietas diagonales Grietas verticales en las esquinas y centro Grietas como placa perimetralmente apoyada

Cortante Flexión y volteo Flexión

A manera de ejemplo del grado de daño que se puede observar en un elemento de concreto reforzado, en la figura 3 se presenta la clasificación de los diferentes grados de daño. Y este mismo ejemplo debería retomarse para vigas y otros elementos estructurales. Asimismo, para elementos no estructurales. Daño grado I Daño grado II Daño grado III Daño grado IV Daño grado V

Figura 3 Clasificación de los diferentes grados de daño en elementos de concreto reforzado b) Daños No Estructurales. Los componentes no estructurales pueden contribuir a la integridad estructural del edificio, dependiendo de su localización dentro de él, su tipo de construcción, y forma de sujeción; pero, estos no son considerados elementos estructurales. En este trabajo los Componentes No Estructurales (CNEs) se definen como componentes de servicio, operación y funcionalidad (equipo mecánico, de bombeo, componentes eléctricos y de telecomunicación), y contenidos (componentes comunes y especializados). Son los daños en los elementos que no aportan ninguna resistencia al sistema estructural, así como el contenido (muebles, equipos, etc.) del mismo edificio y que pueden representan un peligro para sus ocupantes y transeúntes. Al evaluar los daños no estructurales en una estructura se deben identificar y enfocar los siguientes aspectos: Seguridad de vida Pérdida de la propiedad Interrupción o pérdida de funciones esenciales

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Las personas pueden sufrir daños a su integridad física (heridas leves hasta heridas mortales), debido a la caída de elementos no estructurales. Del 100% del costo de una construcción, el 25% o menos corresponde a la estructura, el resto corresponde a elementos arquitectónicos, muebles, equipo en general. Lo que demuestra que los daños a elementos no estructurales pueden representar grandes pérdidas económicas a la propiedad. Debido a la falla de los elementos no estructurales, se puede dar la posibilidad de que las funciones normales de la construcción se vean interrumpidas, lo cual sería desastroso en el caso de hospitales por ejemplo. Existe una gran variedad de elementos entre los considerados como no estructurales que son de gran importancia como fachadas, muros divisorios, puertas, ventanas, mobiliario, instalaciones, tanques, apéndices (elevadores, escaleras), etc. Es importante señalar que el daño severo de algunos elementos no estructurales, implica que la totalidad de la estructura es insegura. En la figura 4 se presentan algunos ejemplos de daño en elementos no estructurales que se pueden observar.

Figura 4 Daño en elementos no estructurales c) Daños Geotécnicos. El primer paso de esta evaluación consiste en localizar el predio donde se desplanta la estructura para conocer el tipo de suelo donde se ubica. El tipo de terreno es uno de los factores más importantes que influyen en la magnitud de los daños, en particular en las zonas de suelo sedimentario o blando. Lo primero que se debe observar son los pavimentos, banquetas, guarniciones, etc. con el propósito de identificar los daños. Revisar si la cimentación presenta asentamientos severos o emersiones respecto a su posición original, también se debe revisar en forma ortogonal si el edificio presenta desplomes y en cada una de las esquinas que delimitan la estructura. Se recomienda revisar posibles cambios en el uso del edificio. Revisar las posibles excentricidades que puedan provocar un inadecuado funcionamiento de la cimentación. Consultar y comprobar si la cimentación ya fue reparada o reforzada. En el caso de suelos blandos, se deben identificar los efectos generales y locales de hundimiento regional. Si se trata de un suelo de transición se deberá identificar si existe algún hundimiento diferencial, general o local, ya sea por la presencia de promontorios de terreno firme o por poca profundidad de la cimentación. En el caso de suelos de lomas se deberá identificar la presencia de cavernas, las zonas de relleno, especialmente los de espesor considerable y cualquier tipo de afectación realizada por el hombre que pueda repercutir en la cimentación. En zonas de laderas, se recomienda examinar el área para estudiar los posibles deslizamientos de talud. Las estructuras localizadas en un área donde existan peligros geotécnicos, deberán ser clasificadas como inseguras o la advertencia de tomar las debidas precauciones. En la figura 5 se presenta a manera de ejemplo el daño de tipo geotécnico.

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Figura 5 Daño geotécnico

PROPUESTA METODOLÓGICA PARA LA EVALUACIÓN ESTRUCTURAL Después de que ocurre un sismo de intensidad moderada o mayor, se requiere la participación de Ingenieros, Arquitectos y técnicos relacionados con la Ingeniería Sísmica y Estructural, para la realización de las actividades de evaluación de la seguridad de las edificaciones. Es deseable que los diversos grupos de trabajo realicen las actividades usando criterios uniformes, con el propósito de planear de mejor manera futuras actividades de evaluación, de lograr una mayor comprensión y aprendizaje sobre las causas y efectos de los sismos sobre las construcciones, y por tanto una mayor eficiencia en todas las actividades de evaluación post-sísmica. El objetivo fundamental de las actividades de evaluación post-sísmica de las edificaciones, es que después de ocurrido un sismo se evite que la población en desastre entre u ocupe las edificaciones inseguras. Con este propósito, inmediatamente después de ocurrido un sismo deberán efectuarse evaluaciones de emergencia de la seguridad que presentan estructuras de diversos tipos. La metodología que se propone a continuación, reconoce la necesidad de la cooperación consciente de los Ingenieros Civiles (de preferencia especialistas en estructuras). Entonces, el objetivo de esta metodología de evaluación post-sísmica consiste en dictaminar si las edificaciones que soportaron un sismo de intensidad moderada o mayor, pueden tener uso normal, o si su entrada debe ser restringida, o prohibida. NIVELES DE EVALUACIÓN Y PERFIL DE LOS EVALUADORES Se proponen cuatro niveles de evaluación post-sísmica:

a) Evaluación Rápida b) Evaluación Nivel No. 1 c) Evaluación Nivel No. 2 d) Evaluación Nivel No. 3 (Detallada)

Para cada nivel de evaluación post-sísmica se propone el siguiente perfil de los evaluadores: Para la Evaluación Rápida, se requiere mínimo el perfil de Ingeniero Civil o Arquitecto. Para la Evaluación Nivel No. 1, se requiere el perfil de Ingeniero Civil. Para la Evaluación del Nivel No. 2, se requiere el perfil de Ingeniero Civil y contar con registro de Director Responsable de Obra o Académico de Programa Educativo de Ingeniería Civil especialista en estructuras. Para la Evaluación Nivel No. 3 (Detallada), se requiere el perfil de Ingeniero Civil con amplio reconocimiento en estructuras ó Oficina de Ingeniería. PROPUESTA DE FORMATO ÚNICO PARA LA EVALUACIÓN DE DAÑO

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Con el propósito de estandarizar el criterio para la evaluación post-sísmica de edificios a nivel nacional, se propone el uso de un formato único para la evaluación de daño. La presentación del formato único para la evaluación del daño, debe ser sencillo, compacto y completo. Está diseñado para evaluadores con el perfil de Ingeniero Civil, Arquitecto y Técnicos afines.

Tabla 5 Propuesta de formato único para la evaluación de daño

FORMATO ÚNICO PARA LA EVALUACIÓN DE DAÑO INFORMACIÓN GENERAL DEL INMUEBLE

Fecha: Hora: Hora: Número de expediente: Nombre del inmueble: Calle y número: Colonia: Localidad: Delegación/Municipio: Estado: Código Postal: Referencias Coordenadas Longitud: Latitud:

DATOS DEL PROPIETARIO O ADMINISTRADOR Nombre: Teléfono: Correo electrónico:

DATOS GENERALES DEL INMUEBLE Año de construcción: Número de niveles: Número de sótanos: Estatus de ocupación: Uso principal: Número de ocupantes: Uso actual por nivel Clasificación estructural: Año de la última rehabilitación/Reparación/Refuerzo: Descripción de los trabajos: Dimensiones generales del predio Frente (m): Largo (m): Área del predio (m2): Área de la planta (m2): Altura de piso (m): Altura total: Existen mezanines?: Existen planos de proyecto?: Especificar quien elaboró el proyecto:

CONDICIONES DEL SUELO, TOPOGRAFÍA Y CIMENTACIÓN Tipo de suelo: Problemas geotécnicos: Condiciones topográficas: Pendiente (%): Tipo de material de la cimentación: Tipo de cimentación: Condiciones de la cimentación: Inclinación (%):

DATOS ESTRUCTURALES Material de la estructura: Sistema estructural: Tipo de sistema de piso/techo: Criterio de estructuración:

DATOS NO ESTRUCTURALES Existen instalaciones especiales?: Tipo de apéndices: Tipo de muro divisorio:

CONDICIONES DE VULNERABILIDAD Posición en la manzana: Separación con edificios colindantes (cm): Irregularidades en planta: Irregularidades en elevación:

EVALUACIÓN DE DAÑOS ESTRUCTURALES Colapso parcial: Colapso total: Tipo de daño en columnas: Tipo de daño en vigas: Tipo de daño en muros: Tipo de daño en sistema de piso/techo: Tipo de daño en conexiones: Porcentaje de elementos dañados en piso crítico: Estimación de la probable causa de los daños: Colapso parcial: Colapso total:

EVALUACIÓN DE DAÑOS ESTRUCTURALES Tipo de daño no estructural en el exterior: Tipo de daño no estructural en el interior:

RECOMENDACIÓN ESTRUCTURAL No requiere evaluación Requiere evaluación Inmueble inseguro

DATOS DEL EVALUADOR Nombre: Firma: Teléfono: Correo electrónico: Colegio/Institución/Dependencia: Al reverso de la hoja se debe indicar el croquis de ubicación y estructural del inmueble.

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Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralPROPUESTA METODOLÓGICA PARA LA EVALUACIÓN POST-SÍSMICA DE EDIFICACIONES Con el propósito de tener una idea clara de la metodología propuesta, a continuación en la figura 6 se describe el procedimiento de evaluación post-sísmica de las edificaciones y las diferentes alternativas que generan los diferentes niveles de evaluación.

Figura 6 Propuesta metodológica para la evaluación post-sísmica de las edificaciones

Identificar la estructura por evaluar

Seguridad aceptable Dudosa Obviamente insegura

Marcar HABITABLE

Marcar SEGURIDAD EN DUDA

Marcar INSEGURA

Evaluación rápida

Datos Formato Único

MEDICIÓN DEL

PERIODO

EVALUACIÓN NIVEL No. 1

GRADO DE SEGURIDAD ADECUADO

EVALUACIÓN NIVEL No. 2

EVALUACIÓN NIVEL No. 3

GRADO DE SEGURIDAD ADECUADO

GRADO DE SEGURIDAD ADECUADO

REPARACIÓN O REFUERZO O DEMOLICIÓN

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Se debe aplicar la Evaluación Rápida, siguiendo el procedimiento descrito anteriormente (tema 3.2). Los Niveles de Evaluación No. 1, 2 y 3, podrían ser los propuestos por la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Azcapotzalco después de 1985. En la figura 7, se presentan ejemplos de lo que puede ser una edificación HABITABLE, SEGURIDAD EN DUDA E INSEGURA.

a) Seguridad aceptable

b) Dudosa

c) Obviamente insegura

Figura 7 Clasificación del daño estructural: a) Seguridad aceptable (HABITABLE), b) Dudosa (SEGURIDAD EN DUDA) y c) Obviamente insegura (INSEGURA)

CONCLUSIONES El presente trabajo tiene el propósito fundamental de despertar la conciencia de la Ingeniería Estructural Mexicana, con el objetivo de estandarizar un Manual de Evaluación Post-sísmica de la Seguridad Estructural de Edificaciones. La cooperación en caso de desastre de la comunidad científica y de la práctica profesional de la Ingeniería y Arquitectura Mexicana, se puede hacer realidad uniformizando los criterios de evaluación post-sísmica. Al contar ya con un Estandarizado Manual de Evaluación Post-sísmica de la Seguridad Estructural de las Edificaciones, las Sociedades Técnicas, en este caso la Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural y la Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica, deben de ser las encargadas de la Preparación y Capacitación de los Evaluadores.

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Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural Este trabajo presenta una propuesta metodológica para la Evaluación Post-sísmica de la Seguridad Estructural de las Edificaciones, incluyendo un Formato Único de para la Evaluación de Daño. La propuesta incluye la experiencia en el tema de la Ingeniería Mexicana.

REFERENCIAS ATC (1985), “Earthquake Damage Evaluation for California”, ATC-13, Applied Technology Council, Redwood City, CA, 492 p. ATC-21 Applied Technology Council (1988), “Rapid visual screening of building for potencial seismic hazards”, Redwood City, Cal. ATC-20 Applied Technology Council (1989), “Procedures for postearthquake safety evaluation of building”, Redwood City, Cal. ATC-20-1 Applied Technology Council (1989), “Fiel manual: Postearthquake safety evaluation of building”, Redwood City, Cal. ATC (1991), “Seismic Vulnerability and Impact of Disruption of Lifelines in the Conterminous United States”, Applied Technology Council, (ATC-25 or FEMA 224), Federal Emergency Management Agency. Iglesias J. J., et al. (1986), “Intensidad del sismo de 1985 en la Ciudad de México”, Simposio Nacional de Ingeniería Sísmica, Ixtapa, Guerrero, México. Iglesias J. J. (1987), “Zonificación Sísmica de la Ciudad de México”, VII Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica, Querétaro, Qro., México. Juárez G. H. (2010), “Multi-Hazard Risk Assessment for Critical Infrastructures: An Interdependency Approach”, Ph.D. Thesis submitted to Department of Civil Engineering, University of British Columbia, Vancouver, Canada. Juárez G. H. and Ventura C. E. (2010), “Improving the dynamic performance of OFCs during extreme vibration conditions”, Proceedings of the 9th US National and 10th Canadian Conference on Earthquake Engineering, Toronto, Ontario, Canada, Artículo No. 744. Miranda E. and Taghavi S. (2003), “Response Assessment of Nonstructural Building Elements”, Pacific Earthquake Engineering Research Centre, University of California Berkeley, California, USA. Ohkubo M. (1990), “A note for the seminar on Postearthquake Damage Inspection and Restoration Techniques of Reinforced Concrete Building”, (seminario en la Universidad de California, San Diego, 1990), Kyushu Institute of design, Shiobaru, minami-ku, Fukuoka, Japón. Secretaría de Obras y Servicios del Gobierno del Distrito Federal y Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica, A. C. (1998), “Manual de Evaluación Post-sísmica de la Seguridad Estructural de Edificaciones”, México, D. F. S832-06 (2006), “Seismic Risk reduction of Operational and Functional Components (OFCs) of Buildings”, Canadian Standards Association, Mississauga, Ontario, Canada. University “Kiril and Medodij”, Institute of Earthquake Engineering and Engineering Seismology (1984), “Methodology and procedure for earthquake damage assessment”, Pub. No. 70/3, Sokpje, Yugoslavia.